(57)【要約】【課題】特に高輝度側の情報を示す画像信号から各画素が固有に持つばらつきを除去すること。【解決手段】通常露光時における転送時間Ｔｘ＿ｓをホワイトリセット出力時における転送時間Ｔｘ＿ｗより長く設定する。または、通常露光時におけるｒｅｆ信号測定時間Ｔｒｅｆ＿ｓをホワイトリセット出力時におけるｒｅｆ信号測定時間Ｔｒｅｆ＿ｗより長く設定する。または、転送時間Ｔｘ＿ｓとｒｅｆ信号測定時間Ｔｒｅｆ＿ｓ合わせた時間Ｔｓを転送時間Ｔｘ＿ｗとｒｅｆ信号測定時間Ｔｒｅｆ＿ｗを合わせた時間Ｔｗより長くなるよう各時間を設定する。画像処理部は、通常露光時に得られた第１出力信号からホワイトリセット出力時に得られた第２出力信号を減算することで、第１出力信号から変曲点ばらつきを除去した信号を得ることができる。【選択図】図１１
2013183347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積される電荷が線形対数特性を持つように光電流を流す転送トランジスタと、前記転送トランジスタに接続された浮遊拡散層と、制御電圧と前記浮遊拡散層の間に接続されたリセットトランジスタと、前記浮遊拡散層の電圧を増幅して画素信号として出力する増幅トランジスタと、を有する画素回路がマトリクス状に配列された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部を制御する画素制御部と、
前記画素アレイ部の列毎に設けられ、前記画素信号を読み出して画像信号として出力する読出部と、
前記読出部が出力した画像信号を補正する補正部と、
を備え、前記画素制御部は、
まず、前記転送トランジスタの制御端子を中間レベルの電圧に設定して、前記光電変換素子に被写体を露光させ、
次に、前記転送トランジスタを予め定められた第１読出時間オフにして、前記読出部に第１リファレンス信号を読み出させ、
次に、前記転送トランジスタを予め定められた第１転送時間オンにして、前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記浮遊拡散層に転送させ、
次に、前記転送トランジスタをオフにして、前記読出部に第１信号を読み出させ、
次に、前記読出部に前記第１リファレンス信号と前記第１信号の差分を取らせ、その結果を第１出力信号として出力させる第１取得処理と、
前記光電変換素子をゼロバイアス状態にすることで、前記リセットトランジスタを介して当該光電変換素子へ電荷を注入させ、
前記転送トランジスタの制御端子を予め定められたリーク時間だけ中間レベルの電圧に設定することで、前記光電変換素子に注入された電荷をリークさせ、
次に、前記転送トランジスタを予め定められた第２読出時間オフにして、前記読出部に第２リファレンス信号を読み出させ、
次に、前記転送トランジスタを予め定められた第２転送時間オンにして、前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記浮遊拡散層に転送させ、
次に、前記転送トランジスタをオフにして、前記読出部に第２信号を読み出させ、
次に、前記読出部に前記第２リファレンス信号と前記第２信号の差分を取らせ、その結果を第２出力信号として出力させる第２取得処理とを前記画素アレイ部に実行させ、
前記第１読出時間と前記第１転送時間との合計である第１合計時間と、前記第２読出時間と前記第２転送時間との合計である第２合計時間とは異なる時間であり、
前記補正部は、前記第１出力信号から前記第２出力信号を差し引いた差分信号を補正後の画像信号として出力する固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２合計時間は、前記第１合計時間より短い時間である請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記画素制御部は、前記第２合計時間とは異なる第３合計時間を用いて、前記第２取得処理と同じ処理を前記画素アレイ部に行わせて第３出力信号を取得し、
前記補正部は、前記第１出力信号から前記第２出力信号を差し引いた差分信号、前記第１出力信号から前記第３出力信号を差し引いた差分信号、又は前記第２出力信号から前記第３出力信号を差し引いた差分信号の何れか１つを補正後の画像信号として出力する請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記補正部は、前記差分信号における所定の閾値より大きい領域の特性を予め定められた特性に変換する変換データを予め記憶し、前記差分信号の前記閾値より大きい領域に対して前記変換データを用いた変換を行う請求項１〜３の何れか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記画素制御部は、前記予め定められたリーク時間とは異なるリーク時間を用いて前記第２取得処理と同じ処理を前記画素アレイ部に行わせて第４出力信号を取得し、
前記補正部は、予め測定された前記画素アレイ部の標準の光電変換特性を予め記憶し、当該標準の光電変換特性の対数特性領域の傾きである標準傾きを算出し、前記第２出力信号及び前記第４出力信号の差に基づき、対象画素の光電変換特性の対数特性領域の傾きである対象画素傾きを算出し、前記標準傾きと前記対象画素傾きとに基づいて、前記標準の光電変換特性の傾きを補正する請求項１〜４の何れか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記補正部は、前記標準傾きと前記対象画素傾きとの傾きに基づいて、前記所定の閾値を補正する請求項４又は５に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線形特性と対数特性との二つの光電変換特性を持つ画素部を備え、広ダイナミックレンジの撮像が可能な固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、各画素に増幅回路を持ち、フォトダイオード等の光電変換素子で光電変換された電荷を一旦増幅した後、走査回路により順次信号を読み出す固体撮像装置が開発されている。特に画素および周辺回路をＣＭＯＳ型としたＣＭＯＳ型の固体撮像装置は、ＣＭＯＳ・ＬＳＩの製造プロセスをベースにしており、画素と周辺回路とを同一のプロセスで製造することが容易であるため、広く利用されている。これらのＣＭＯＳ型の固体撮像装置では、強い入射光があった場合、蓄積する電荷が飽和してしまうという問題があり、ダイナミックレンジが広く取れない。
【０００３】
そこで、広ダイナミックレンジの撮像を目的としたＣＭＯＳ型の固体撮像装置が開発されている。これらのうちの一つとして、特許文献１に示すような、線形対数変換型の固体撮像装置が提案されている。この固体撮像装置は、光電変換を行うフォトダイオードに接続された転送トランジスタのポテンシャル状態を適当な状態に設定することで、入射光量が少ない場合は入射光に対して線形に変化する信号を出力し、入射光が多い場合は光電変換素子から電荷をリークさせて対数で変化する信号を出力する。これにより、低輝度側が線形特性、高輝度側が対数特性の光電変換特性を持つ広ダイナミックレンジな固体撮像装置を実現することができる。
【０００４】
このような線形対数変換型の固体撮像装置では、製造上のばらつきにより転送トランジスタのポテンシャル状態は全画素で一定とはならない。そのため、線形特性領域と対数特性領域との切り替わり点（変曲点と呼ぶ）が、画素ごとにばらついてしまう。
【０００５】
特許文献２には、この変曲点のばらつきに起因する固定パターンノイズを抑制する方法について記載されている。この技術によれば、予め各画素の光電変換特性を測定し、補正データとして記憶装置に記憶させておく。そして、実際の撮像時には、画素ごとの補正データを利用することで標準的な光電変換特性になるように画素データを補正し、固定パターンノイズを抑制する。
【０００６】
また、特許文献３には、フォトダイオードに電荷を注入し、その電荷を一定時間リークさせることで、光電流が流れた状態と同じ状態を再現し、線形対数特性の変曲点の位置を検出する「ホワイトリセット」について記載されている。そしてホワイトリセット出力を用いて画素信号の変曲点のばらつきを補正することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４５８１７９２号公報
【特許文献２】特開平１１−２９８７９９号公報
【特許文献３】特開２００６−１４０６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２では、予め測定された全画素の光電変換特性が補正データとして記憶されているため、補正データのデータ量が膨大になるという問題があった。また、この光電変換特性は、温度によっても変化してしまうため、温度毎の補正データを記憶部に記憶させると更にデータ量が膨大になるという問題があった。
【０００９】
また、特許文献３では、遮光画素についてのみ記載されており、入射光のある通常画素での動作は記載されていない。特許文献３に記載されている方法を通常画素に対して実施した場合、特に強い入射光がある場合に正確な変曲点の位置が検出できないという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、特に高輝度側の情報を示す画像信号から各画素が固有に持つばらつきを除去する固体撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による固体撮像装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積される電荷が線形対数特性を持つように光電流を流す転送トランジスタと、前記転送トランジスタに接続された浮遊拡散層と、制御電圧と前記浮遊拡散層の間に接続されたリセットトランジスタと、前記浮遊拡散層の電圧を増幅して画素信号として出力する増幅トランジスタと、を有する画素回路がマトリクス状に配列された画素アレイ部と、前記画素アレイ部を制御する画素制御部と、前記画素アレイ部の列毎に設けられ、前記画素信号を読み出して画像信号として出力する読出部と、前記読出部が出力した画像信号を補正する補正部と、
を備え、前記画素制御部は、まず、前記転送トランジスタの制御端子を中間レベルの電圧に設定して、前記光電変換素子に被写体を露光させ、次に、前記転送トランジスタを予め定められた第１読出時間オフにして、前記読出部に第１リファレンス信号を読み出させ、次に、前記転送トランジスタを予め定められた第１転送時間オンにして、前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記浮遊拡散層に転送させ、次に、前記転送トランジスタをオフにして、前記読出部に第１信号を読み出させ、次に、前記読出部に前記第１リファレンス信号と前記第１信号の差分を取らせ、その結果を第１出力信号として出力させる第１取得処理と、前記光電変換素子をゼロバイアス状態にすることで、前記リセットトランジスタを介して当該光電変換素子へ電荷を注入させ、前記転送トランジスタの制御端子を予め定められたリーク時間だけ中間レベルの電圧に設定することで、前記光電変換素子に注入された電荷をリークさせ、次に、前記転送トランジスタを予め定められた第２読出時間オフにして、前記読出部に第２リファレンス信号を読み出させ、次に、前記転送トランジスタを予め定められた第２転送時間オンにして、前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記浮遊拡散層に転送させ、次に、前記転送トランジスタをオフにして、前記読出部に第２信号を読み出させ、次に、前記読出部に前記第２リファレンス信号と前記第２信号の差分を取らせ、その結果を第２出力信号として出力させる第２取得処理とを前記画素アレイ部に実行させ、前記第１読出時間と前記第１転送時間との合計である第１合計時間と、前記第２読出時間と前記第２転送時間との合計である第２合計時間とは異なる時間であり、前記補正部は、前記第１出力信号から前記第２出力信号を差し引いた差分信号を補正後の画像信号として出力するものである。
【００１２】
第１合計時間と第２合計時間が同じ（例えば、第１読出時間と第２読出時間、第１転送時間と第２転送時間がそれぞれ同じ）である場合、第１出力信号と第２出力信号の差である差分信号が高輝度側においてゼロとなり、輝度情報を得ることができない。
【００１３】
そこで、第１合計時間と第２合計時間を異ならせることで（例えば、第１読出時間と第２読出時間を異ならせる、又は第１転送時間と第２転送時間を異ならせる）、高輝度側において第１出力信号と第２出力信号の値を異ならせることができる。つまり、高輝度側において第１出力信号と第２出力信号の差がゼロにならず値を持つため、２つの信号の差分信号から輝度情報を得ることができる。また、第１出力信号から、画素の変曲点ばらつきと相関のある第２出力信号が差し引かれるため、補正後の画像信号として変曲点ばらつきが除去された信号を得ることができる。
【００１４】
また、上記構成において、前記第２合計時間は、前記第１合計時間より短い時間であることが好ましい。
【００１５】
第２合計時間を第１合計時間より短く設定する（例えば、第２読出時間を第１読出時間より短く設定する、第２転送時間を第１転送時間より短く設定する）ことで、第１出力信号から第２出力信号を差し引いた差分信号について、高輝度側において増加する特性を持たせることができる。更に、第２取得処理（ホワイトリセット）にかかる時間が第１出力処理（通常露光）にかかる時間より短くなり、ホワイトリセットに要する時間を短縮することができる。
【００１６】
また、上記構成において、前記画素制御部は、前記第２合計時間とは異なる第３合計時間を用いて、前記第２取得処理と同じ処理を前記画素アレイ部に行わせて第３出力信号を取得し、前記補正部は、前記第１出力信号から前記第２出力信号を差し引いた差分信号、前記第１出力信号から前記第３出力信号を差し引いた差分信号、又は前記第２出力信号から前記第３出力信号を差し引いた差分信号の何れか１つを補正後の画像信号として出力することが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、第２合計時間と第３合計時間を異ならせることで、高輝度側において第２出力信号と第３出力信号の値（傾き）を異ならせることができる。つまり、高輝度側において第２出力信号と第３出力信号の差がゼロにならず値を持つため、２つの信号の差分信号から輝度情報を得ることができ、補正後の画像信号として変曲点ばらつきが除去された信号を得ることができる。また、第１出力信号を用いる場合は、第２出力信号又は第３出力信号の何れを用いて差分信号を求めてもよく、上記構成と同様の効果を得ることができる。
【００１８】
また、上記構成において、前記補正部は、前記差分信号における所定の閾値より大きい領域の特性を予め定められた特性に変換する変換データを予め記憶し、前記差分信号の前記閾値より大きい領域に対して前記変換データを用いた変換を行うことが好ましい。
【００１９】
変曲点の位置は画素回路によってばらつきがある。つまり、画素回路が出力する画素信号の光電変換特性について、低輝度側である線形特性領域はばらつきが少ないが、変曲点より高輝度側である対数特性領域には画素回路によってばらつきがある。従って、補正部は、第１出力信号と第２出力信号の差である差分信号の特性において、所定の閾値（例えば変曲点）より大きい（高輝度側）領域が所定の特性（例えば、対数特性）を示すように変換する。こうすることで、更に高輝度側においても、変曲点ばらつきが除去された画像信号を得ることができる。
【００２０】
また、上記構成において、前記画素制御部は、前記予め定められたリーク時間とは異なるリーク時間を用いて前記第２取得処理と同じ処理を前記画素アレイ部に行わせて第４出力信号を取得し、前記補正部は、予め測定された前記画素アレイ部の標準の光電変換特性を予め記憶し、当該標準の光電変換特性の対数特性領域の傾きである標準傾きを算出し、前記第２出力信号及び前記第４出力信号の差に基づき、対象画素の光電変換特性の対数特性領域の傾きである対象画素傾きを算出し、前記標準傾きと前記対象画素傾きとに基づいて、前記標準の光電変換特性の傾きを補正することが好ましい。更に、上記構成において、前記補正部は、前記標準傾きと前記対象画素傾きとの傾きに基づいて、前記所定の閾値を補正することが好ましい。
【００２１】
これらの構成によれば、リーク時間の異なる第２出力信号及び第４出力信号を得ることで、第２出力信号及び第４出力信号の差から対象画素の光電変換特性の対数特性領域の傾きを得ることができる。また、予め測定された標準の光電変換特性から対数特性領域の傾きである標準傾きを求め、この標準傾きと対象画素傾きとに基づいて標準の光電変換特性の傾きを補正することができる。つまり、傾きが補正された標準の光電変換特性を用いて前記差分信号を補正することで、第１出力信号から対数特性領域における傾きのばらつきを除去することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第１合計時間と第２合計時間を異ならせることで、高輝度側において第１出力信号と第２出力信号の値を異ならせることができる。つまり、高輝度側において第１出力信号と第２出力信号の差がゼロにならず値を持つため、２つの信号の差分信号から補正後の画像信号を得ることができる。従って、第１出力信号から、画素の変曲点ばらつきと相関のある第２出力信号が差し引かれるため、補正後の画像信号として変曲点ばらつきが除去された信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の全体構成図。
【図２】図１に示す撮像素子の構成図。
【図３】図２に示す画素アレイ部の回路図。
【図４】画素アレイ部のタイミングチャート。
【図５】図４の時刻ｔ０〜ｔ９での画素部のポテンシャル図。
【図６】ＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号との光電変換特性を示すグラフ。
【図７】図６に示すＬｉｎＬｏｇ信号からＷＲ信号を差し引いたグラフ。
【図８】ＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号との光電変換特性を示すグラフ。
【図９】図８に示すＬｉｎＬｏｇ信号からＷＲ信号を差し引いたグラフ。
【図１０】図９に示すＬｉｎＬｏｇ信号からＷＲ信号を差し引いたグラフと、ＬＵＴの一例と、補正後の出力について示したグラフ。
【図１１】画素アレイ部のタイミングチャート。
【図１２】対数特性領域の傾きばらつきを示したＬｉｎＬｏｇ特性のグラフ。
【図１３】対象画素のＬｉｎＬｏｇ信号をＷＲ信号の光電変換特性を示すグラフ。
【図１４】ＬＵＴメモリ部が記憶するＬＵＴと、補正後のＬＵＴ＿Ｃを示したグラフ。
【図１５】ＷＲ１信号とＷＲ２信号の光電変換特性を示すグラフ。
【図１６】ＷＲ１信号とＷＲ２信号の差分信号の特性を示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１の全体構成図である。固体撮像装置１は、撮像素子制御部１００、撮像素子２００及び画像処理部３００（補正部）を備えている。撮像素子制御部１００は、システムクロック信号（ｓｙｓｃｌｋ）及びレジスタ制御信号を撮像素子２００に出力する。ここで、システムクロック信号は、固体撮像装置１を構成する回路素子を同期させるためのクロック信号である。レジスタ制御信号は、画素アレイ部２２０（図２参照）を制御するための画素制御信号の波形を規定するためのレジスタ値を撮像素子２００が備えるレジスタに書き込むための信号である。
【００２５】
また、撮像素子制御部１００は画像処理部３００に転送ゲート電圧データを出力する。転送ゲート電圧データは、転送トランジスタのゲートに印加する中間レベルの電圧を規定するためのデータである。
【００２６】
撮像素子２００は、画像信号であるＬｉｎｌｏｇ信号及びＷＲ信号を画像処理部３００に出力する。ＬｉｎＬｏｇ信号は、被写体の輝度情報を示すデータあり、補正対象のデータである。ＷＲ信号は、ホワイトリセット時に出力される信号である。
【００２７】
画像処理部３００は、ＬＵＴメモリ部３０１を備え、撮像素子２００から出力されるＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号の差を取ることでＬｉｎＬｏｇ信号の補正処理を行う。尚、ＬＵＴメモリ部と補正処理の詳細については後述する。
【００２８】
図２は、図１に示す撮像素子２００の構成図である。撮像素子２００は、ローデコーダ２１０（画素制御部の一例）、画素アレイ部２２０、タイミング制御部２３０（画素制御部の一例）、カラムＡＤＣアレイ２４０、カラムデコーダ２５０、ランプ波形発生回路２６０及び出力回路２８０を備えている。
【００２９】
画素アレイ部２２０は、ｎ行×ｍ列でマトリックス状に複数配列され、画素アレイ部を構成する。タイミング制御部２３０は、ＰＬＬ、タイミングジェネレータ（ＴＧ）及びレジスタを備える。ＰＬＬは、システムクロック信号（ｓｙｓｃｌｋ）の周波数を撮像素子２００の動作に適した周波数にするために、システムクロック信号を逓倍する。
【００３０】
レジスタは、レジスタ制御信号により、画素制御信号の波形を規定するレジスタ値が書き込まれる。ＴＧは、ＰＬＬにより逓倍されたシステムクロック信号から水平同期信号及び垂直同期信号を生成し、ローデコーダ２１０及びカラムデコーダ２５０に供給する。また、ＴＧは、レジスタ値をローデコーダ２１０に供給し、ローデコーダ２１０から画素制御信号を出力させる。
【００３１】
ローデコーダ２１０は、画素アレイ部の各行をサイクリックに選択し、画素アレイ部を垂直走査し、選択した行の画素アレイ部２２０から信号を出力させる。本実施の形態では、ローデコーダ２１０は、垂直読出走査回路２１１、転送ゲート走査回路２１２、リセット走査回路２１３及びリセットドレイン走査回路２１４を備えている。ローデコーダ２１０は、画素アレイ部の各行に画素制御信号を出力する。画素制御信号としては、リセットドレイン信号（以下、φＲＤｉと記述する。）、リセット信号（以下、φＲＳＴｉと記述する。）、転送ゲート信号（以下、φＴＸｉと記述する。）及び行選択信号（以下、φＶＳＥＮｉと記述する。）を含む。但し、ｉは行番号規定するインデックスであり、ｎ＝０、１、２・・・ｎの値を取る。以下、これらの信号を区別しない場合は、ｉで示すインデックスを省略してこれらの信号を表す。
【００３２】
φＶＳＥＮ、φＴＸ、φＲＳＴ及びφＲＤはそれぞれ、垂直読出走査回路２１１、転送ゲート走査回路２１２、リセット走査回路２１３及びリセットドレイン走査回路２１４から出力される。
【００３３】
カラムＡＤＣアレイ２４０は、画素アレイ部の各列に対応して設けられたｍ個のＡＤ変換部（ＡＤＣ）２４１（読出部の一例）を備える。ＡＤＣ２４１は、画素アレイ部２２０から出力される信号をＡＤ変換する。また、ＡＤＣ２４１は、ＡＤ変換したデジタルの信号を一時的に保持するメモリを備えている。ここで、ＡＤＣ２４１は、画素アレイ部２２０から出力されるアナログの信号とランプ波形発生回路２６０から出力するランプ波形とを比較することで、信号をＡＤ変換するシングルスロープ型のＡＤＣである。但し、これは一例であり、ＡＤＣ２４１は、シングルスロープ型以外のＡＤＣ（例えばダブルスロープ型のＡＤＣ）を採用してもよい。
【００３４】
カラムデコーダ２５０は、タイミング制御部２３０から出力される水平同期信号にしたがって、各列のＡＤＣ２４１を順次に選択して、カラムＡＤＣアレイ２４０を水平走査し、ＡＤＣ２４１からデジタルの信号を順次に出力させる。ランプ波形発生回路２６０は、ＡＤＣ２４１がＡＤ変換する際に用いるランプ波形を生成し、ＡＤＣ２４１に出力する。
【００３５】
出力回路２８０は、カラムＡＤＣアレイ２４０から順次に出力されるデジタルの信号の波形を成形し、画像処理部３００に出力する。ここで、出力回路２８０は、センスアンプ及びＬＶＤＳシリアライザを備える。センスアンプは、カラムＡＤＣアレイ２４０から出力されるデジタルの信号の波形を成形する。ＬＶＤＳシリアライザは、センスアンプにより波形が成形されたパラレルの信号をシリアルの信号に変換し、画像処理部３００に出力する。
【００３６】
図３は、図２に示す画素アレイ部２２０の回路図である。画素アレイ部２２０は、光電変換素子（以下、ＰＤと記述する。）、４個のＮＭＯＳトランジスタ（以下、ＴＲ１〜ＴＲ４と記述する。）を備える。ＰＤはアノードがグランド（以下、ＧＮＤと記述する。）に接続され、カソードがＴＲ１のソースに接続されている。ＰＤは被写体の輝度に比例した光電流Ｉｐを発生させ、光電流Ｉｐに応じた電荷を寄生容量で蓄積する。
【００３７】
ＴＲ１はＰＤに蓄積される電荷が線形対数特性を持つように光電流を流す。また、ＴＲ１は、ＰＤに蓄積される電荷をＦＤに転送する転送トランジスタである。ＴＲ１のソースは、ＰＤに接続され、ＴＲ１のドレインはＴＲ２に接続され、ＴＲ１のゲートはφＴＸが流れるφＴＸ信号線に接続されており、転送ゲート走査回路２１２により制御される。φＴＸはＨｉｇｈ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｌｏｗの３レベルに設定可能で、ＨｉｇｈのときＴＲ１はＯＮ状態、ＬｏｗのときＯＦＦ状態、Ｍｉｄｄｌｅのとき光電流Ｉｐが大きい場合、ＴＲ１は線形対数変換を行うサブスレショルド状態となる。
【００３８】
ＴＲ２は、ＦＤ（フローティングディフュージョン、浮遊拡散層）をリセットするリセットトランジスタである。ＴＲ２のドレインはφＲＤが流れるφＲＤ制御線（制御電圧）に接続され、ＴＲ２のソースはＦＤを介してＴＲ１に接続され、ＴＲ２のゲートはφＲＳＴが流れる信号線に接続される。そして、ＴＲ２は、リセットドレイン走査回路２１４（図２参照）からφＲＳＴがゲートに供給されて制御される。φＲＳＴはＨｉｇｈとＬｏｗとの２状態に設定可能で、ＨｉｇｈのときＴＲ２はＯＮとなり、φＲＤで設定される電圧がＴＲ２のソースの電圧として設定される。また、φＲＳＴがＬｏｗの場合、ＴＲ２はＯＦＦとなる。
【００３９】
ＴＲ１及びＴＲ２間のノードはＦＤを形成している。ＦＤは、ＴＲ１によってＰＤに蓄積された電荷が転送され、光電流Ｉｐに応じた電圧信号を発生する。
【００４０】
ＴＲ３のドレインはＰＶＤＤ線に接続され、ＴＲ３のソースはＴＲ４に接続されている。ＴＲ３のゲートはＦＤに接続されている。ＦＤに光電流Ｉｐに応じた電圧信号が発生した場合、ＴＲ３はソースフォロワ動作し、信号を増幅する。ＰＶＤＤは、例えば図略の電源回路により供給され、プラスの電位に設定される。
【００４１】
ＴＲ４のドレインはＴＲ３に接続され、ＴＲ４のソースはＶＩＤＥＯ線に接続され、ＴＲ４のゲートはφＶＳＥＮ制御線に接続される。そして、ＴＲ４は、垂直読出走査回路２１１（図２参照）からφＶＳＥＮがゲートに供給されて制御される。φＶＳＥＮがＨｉｇｈの場合にはＴＲ４はＯＮとなり、ＴＲ３で増幅された信号がＶＩＤＥＯ線に流れる。φＶＳＥＮがＬｏｗの場合、ＴＲ４はＯＦＦとなる。つまり、ＴＲ４は行選択トランジスタとして機能する。
【００４２】
図４は、図２に示す画素アレイ部２２０のタイミングチャートである。以下、ＴＲ１を転送ゲート、ＴＲ２をリセットゲートとして説明する。
【００４３】
時刻ｔ０では、φＴＸ＝Ｍｉｄｄｌｅ、φＲＳＴ＝Ｈｉｇｈ、φＲＤ＝Ｈｉｇｈに設定され、被写体を露光する露光処理が実行される。これにより、被写体の輝度に応じてＰＤで発生した光電流Ｉｐが転送ゲート、リセットゲートを流れてφＲＤ制御線に流れ込み、ＰＤの寄生容量には、線形対数変換された電荷が蓄積される。
【００４４】
時刻ｔ１では、φＴＸ＝Ｌｏｗ、φＲＳＴ＝Ｌｏｗとなって転送ゲートとリセットゲートとがＯＦＦされ、φＶＳＥＮ＝ＨｉｇｈとなってＴＲ４がＯＮされ、ＦＤの電圧信号がリファレンス信号（第１リファレンス信号、以下「ｒｅｆ信号」という。）として出力される。ｒｅｆ信号には、リセットゲートを閉じたときに発生するランダムノイズであるＫＴＣノイズの情報が含まれている。
【００４５】
時刻ｔ２では、φＴＸ＝Ｈｉｇｈとなって転送ゲートがＯＮされ、ＰＤに蓄積された電荷がＦＤに転送され、転送処理が実行される。ＦＤには、時刻ｔ１で出力されたＲｅｆ信号の電荷に、ＰＤから転送された電荷が加算された電荷に応じた電圧信号が現れる。ここで、φＴＸ＝Ｈｉｇｈとなる時間を転送時間Ｔｘ＿ｓとする。
【００４６】
時刻ｔ３では、φＴＸ＝Ｌｏｗとなって転送ゲートがＯＦＦされ、ＦＤの電圧信号がノイズ・シグナル信号（第１信号、以下「ｓｉｇ信号」という）として出力される。時刻ｔ３で出力されたｓｉｇ信号はＡＤＣ２４１によりｒｅｆ信号との差分を取る差分処理が実行され、ＬｉｎＬｏｇ信号（第１出力信号）が取得される。差分処理を行うことでｓｉｇ信号に含まれるランダムノイズがｒｅｆ信号によってキャンセルされ、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００４７】
以上の時刻ｔ１〜時刻ｔ３の期間が、露光処理によりＰＤに蓄積された電荷を、転送ゲートがＦＤに転送することで電圧変換し、第１出力信号を取得する期間に相当する。
【００４８】
時刻ｔ４では、φＴＸ＝Ｈｉｇｈ、φＲＳＴ＝Ｈｉｇｈとなって転送ゲート、リセットゲートがＯＮされ、φＲＤ＝Ｌｏｗになって、リセットゲートのドレインからＰＤに電荷が注入される。これにより、ＰＤをゼロバイアス状態でリセットするリセット処理が行われ、ＰＤが蓄積する電荷量が満杯になる。
【００４９】
時刻ｔ５では、φＴＸ＝Ｍｉｄｄｌｅとなって転送ゲートがサブスレショルド状態となり、φＲＤ＝Ｈｉｇｈとされ、ＰＤが蓄積する電荷がリセットゲートのドレイン側にリークされ、リーク処理が実行される。以下、φＴＸ＝ＭｉｄｄｌｅとなってＰＤから電荷をリークさせる期間をリーク時間と記述する。この場合、転送ゲートはＯＮ状態からサブスレショルド状態に非常に短時間で移行する。そのため、このリーク時間の終了後にはＰＤには転送ゲートのポテンシャルレベルに応じたレベルの電荷が残存する。なお、リーク時間は、例えば数ｕｓ〜数百ｕｓ程度である。
【００５０】
時刻ｔ６〜時刻ｔ８では、それぞれ、時刻ｔ１〜ｔ３と同様、第２リファレンス信号（
ｒｅｆ信号）の出力、ＰＤに蓄積された電荷のＦＤへの転送処理、第２信号（ｓｉｇ信号）の出力が行われる。時刻ｔ８にて出力されたｓｉｇ信号はＡＤＣ２４１によりｒｅｆ信号との差分が取られ、ｓｉｇ信号に含まれるランダムノイズがｒｅｆ信号で相殺され、ＷＲ信号（第２出力信号）が得られる。以上の時刻ｔ６〜ｔ８の期間が、リーク処理の終了後、ＰＤに残存する電荷を転送ゲートがＦＤに転送することで電圧変換し、第２出力信号を取得する期間に相当する。尚、時刻ｔ７において、φＴＸ＝Ｈｉｇｈとなる時間を転送時間Ｔｘ＿ｗとする。
【００５１】
図５は、図４の時刻ｔ０〜ｔ９での画素アレイ部２２０のポテンシャル図である。時刻ｔ０において、転送ゲートがサブスレショルド状態にあるため、ＰＤに蓄積される電荷のうち、転送ゲートのポテンシャルレベルＬＶ１を超える電荷がＰＤからＦＤにリークしている。これにより、ＰＤはポテンシャルレベルＬＶ１を超える電荷をリークしながら電荷を蓄積し、線形対数特性で電荷を蓄積する。このとき、φＲＳＴ＝ＨｉｇｈとなってリセットゲートによりＦＤがリセットされているため、ＰＤからＦＤにリークした電荷は外部に排出される。
【００５２】
時刻ｔ１では、転送ゲート及びリセットゲートが閉じ、ＦＤの電圧信号がｒｅｆ信号として出力されている。時刻ｔ２では、転送ゲートが開き、ＰＤに蓄積された電荷がＦＤに転送されている。時刻ｔ３では、転送ゲートが閉じ、ＦＤの電圧信号がｓｉｇ信号として出力されている。時刻ｔ４では、転送ゲートリセットゲートが開いてホワイトリセットが行われ、ＰＤの電荷が満杯になっている。時刻ｔ５では、転送ゲートがサブスレショルド状態となり、ＰＤに蓄積された電荷がＦＤにリークしている。このとき、リセットゲートによってＦＤはリセットされているため、ＦＤにリークした電荷は外部に排出される。
【００５３】
時刻ｔ７では、転送ゲートが開き、ＰＤに残存する電荷がＦＤに転送される。時刻ｔ８では、転送ゲートが閉じ、ＦＤに転送された電荷がｓｉｇ信号として出力される。時刻ｔ９では、転送ゲートがサブスレショルド状態にされ、リセットゲートによりＦＤがリセットされ露光処理が行われる。
【００５４】
図６は、ＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号との光電変換特性を示すグラフであり、図４で示す転送時間Ｔｘ＿ｎとＴｘ＿ｗを同じとしたときのグラフである。図６において、縦軸はＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号とのデジタルの出力値を示し、横軸は被写体の輝度に応じた値を持つ光電流Ｉｐを対数スケールで示している。
【００５５】
図６に示すようにＬｉｎＬｏｇ信号の光電変換特性は低輝度側は輝度が増大するにつれて出力値が線形に増大する線形特性を持っていることが分かる。また、高輝度側は輝度が増大するにつれて出力値が対数的に増大する対数特性を持っていることが分かる。
【００５６】
一方、ＷＲ信号の光電変換特性は、被写体の輝度に依存することなくフラットな特性を持っている。ＷＲ信号は、ホワイトリセット後にリーク時間を設けてＰＤから電荷をリークさせることで得られる。ここで、リーク時間に流れるリーク電流は、経時的に減少していくが、リーク時間が短時間の場合、リーク電流は非常に大きく、被写体の輝度の影響を受けない。そのため、ＷＲ信号の光電変換特性はフラットな特性を示すのである。
【００５７】
また、ＷＲ信号の光電変換特性は、ＬｉｎＬｏｇ信号の高輝度側の情報を表している。これは、ＷＲ信号を得る際に設定したリーク時間が短時間であるためである。つまり、リーク時間が短時間である場合、リーク電流は非常に大きく、その値は、高輝度の被写体を露光したときにＰＤに流れる光電流Ｉｐの値を示すからである。
【００５８】
また、ＬｉｎＬｏｇ信号の光電変換特性は、線形特性と対数特性との切り替わり点である変曲点が画素ごとに異なるため、変曲点よりも高輝度側の対数領域においてばらつきが生じている。同様に、ＷＲ信号の光電変換特性も、全体的にフラットな特性を持っているが、画素ごとにばらつきが生じている。
【００５９】
ＬｉｎＬｏｇ信号、ＷＲ信号共、転送ゲートをサブスレショルド状態にすることで得られた信号であるため、ＬｉｎＬｏｇ信号は変曲点のばらつきの原因である転送ゲートのポテンシャルレベルＬＶ１の情報を含んでいる。したがって、ＷＲ信号のばらつきは、変曲点のばらつきと非常に相関が高い。そのため、ＷＲ信号から画素アレイ部２２０が固有に持つ変曲点の情報が得られる。
【００６０】
また、ＬｉｎＬｏｇ信号において、変曲点で切り替わった直後（光電流ＩｐがＡ〜Ｂの範囲）の対数特性の傾きに比べて、更に高輝度側（光電流ＩｐがＢ以上）においては、対数特性の傾きが更に大きくなっている。この傾きが変化している原因について図５を用いて説明する。
【００６１】
図５において、時間ｔ０は露光タイミングを示しており、時間ｔ１でｒｅｆ信号を読み出すが、このとき転送トランジスタのゲートは閉じられているために、この期間に入射光によってＰＤに発生した光電荷はＰＤに蓄積される。また、時間ｔ２ではＰＤに蓄積された電荷をＦＤへ転送するが、この転送時間中にも入射光がＰＤに当たっており、光電荷がＰＤに蓄積される。そのため、この光電荷もＦＤに転送される。これらの光電荷成分が、図６の光電流ＩｐがＢ以上の範囲において傾きが大きくなっている原因であり、ＬｉｎＬｏｇ信号及びＷＲ信号共に存在する。以下、ｒｅｆ信号の読出時間と、ＰＤに蓄積された電荷をＦＤへ転送する時間を合わせて「ＣＤＳ期間」という。
【００６２】
上記したように、図１に示す画像処理部３００は、ＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号の差を取ることでＬｉｎＬｏｇ信号から画素ばらつきを除去する補正処理を行う。図７は、図６に示すＬｉｎＬｏｇ信号からＷＲ信号を差し引いたグラフである。以下、ＬｉｎＬｏｇ信号からＷＲ信号を差し引いた信号を、適宜「差分信号」という。図７に示すように、ＬｉｎＬｏｇ信号が線形領域にばらつきが発生している。これは、ＬｉｎＬｏｇ信号の線形領域には画素ばらつきがないが、ＷＲ信号が変曲点ばらつきを含んでいるため、ＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号との差を取った場合、線形領域にばらつきが発生するからである。一方、ＬｉｎＬｏｇ信号の対数領域では、変曲点ばらつきが除去されて、画素ばらつきがなくなっている。
【００６３】
しかし、光電流ＩｐがＤ以上の範囲において、差分信号がほぼゼロになっている。つまり、差分信号がＤ以上の範囲から輝度情報を得ることができない。これは、強い入射光があった場合、リーク電流よりも光電流の方が支配的となり、ホワイトリセットの実行有無に関わらず、光電流によってのみ出力が確定してしまうためである。
【００６４】
そこで、図４で示す転送時間Ｔｘ＿ｎとＴｘ＿ｗを異ならせる。図８は、ＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号との光電変換特性を示すグラフであり、転送時間Ｔｘ＿ｎとＴｘ＿ｗを異ならせたときのグラフである。転送時間を異ならせることで、ＣＤＳ期間で入射光がＰＤに当たったことによって発生する光電荷の量が、露光時とホワイトリセット時とで異なってくる。つまり、高輝度側（光電流ＩｐがＢ以上の範囲）において、ＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号の傾きが異なってくる。
【００６５】
図９は、図８に示すＬｉｎＬｏｇ信号からＷＲ信号を差し引いたグラフである。図９に示すように、光電流ＩｐがＤ以上の範囲において、減算結果がゼロになっていない。また、光電流ＩｐがＤ以上の範囲において、画素ばらつきも存在しない。ここで、転送時間Ｔｘは転送時間Ｔｘ＿ｗより長く設定する。こうすることで、図９に示すグラフの高輝度側において単調増加する特性を得ることができる。
【００６６】
そして、ＣＤＳ期間中に蓄積される電荷量は線形特性を示す。従って、光電流ＩｐがＣ〜Ｄの範囲は対数特性を示しているが、Ｄ以上の範囲は線形特性を示している。このＣＤＳ期間中に蓄積される電荷によって流れる光電流Ｉｐは、工場出荷前等に予め測定することでルックアップテーブル（ＬＵＴ、変換データ）を作成することが可能である。
【００６７】
具体的には、工場出荷前において、撮像素子２００の多くの画素に対して輝度を変化させながらＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号を出力させる。そして、１つの輝度に対して出力された複数のＬｉｎＬｏｇ信号及びＷＲ信号をそれぞれ平均化し、平均化したＬｉｎＬｏｇ信号からＷＲ信号を減算する。こうして、ＬｉｎＬｏｇ信号からＷＲ信号を減算した信号（差分信号）に対する輝度（光電流）の特性をＬＵＴとして得ることができる。
【００６８】
作成されたＬＵＴは、画像処理部３００のＬＵＴメモリ部３０１が記憶する。工場出荷後に固体撮像装置１が動作する際、画像処理部３００は撮像素子２００からＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号を受け取ると、２つの信号の差分を取り、ＬＵＴメモリ部３０１が記憶するＬＵＴを参照することで、差分信号から輝度を導出することができる。
【００６９】
図１０は、図９に示すＬｉｎＬｏｇ信号からＷＲ信号を差し引いたグラフと、ＬＵＴの一例と、補正後の出力について示したグラフである。右上の第１象限は、ＬｉｎＬｏｇ信号からＷＲ信号を差し引いたグラフであり、横軸は光電流Ｉｐ（対数スケール）、縦軸はＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号の差分信号（ＡＤＣ２４１が出力する画素信号）を示す。
【００７０】
左上の第２象限は、ＬＵＴの特性を示し、縦軸はＬＵＴに入力されるＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号の差分信号（ＡＤＣ２４１が出力する画素信号）を示し、横軸はＬＵＴから出力される補正後の差分信号（光電流に相当するためＩｐ´と表す）を示している。尚、ＬＵＴを用いて補正が行われる範囲は、Ｏｂ以上の高輝度側であるため、ＬＵＴも高輝度側についてだけ値を持てばよい。また、本実施の形態ではＯｂを変曲点と一致する値としているが、Ｏｂは変曲点より更に高輝度側であっても構わない。
【００７１】
左下の第３象限は、補正後の差分信号の光電変換特性を表すグラフＧ３を示し、横軸はＬＵＴから出力されるＩｐ´を示し、縦軸は光電流Ｉｐ（対数スケール）を示す。この第３象限の特性に示すように、画像処理部３００がＬＵＴを用いて差分信号を補正することで、差分信号は全域で対数特性を持つように補正される。尚、補正後の特性は、対数特性以外であってもよい。右下の第４象限はグラフＧ３を縦軸を中心に折り返したグラフＧ４が示されている。
【００７２】
補正の手順について説明する。まず、撮像時には、ＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号が撮像素子２００から出力される。そして。画像処理部３００は、ＬｉｎＬｏｇ信号からＷＲ信号を減算することで差分信号を算出し、ＬＵＴメモリ部３０１が記憶するＬＵＴに差分信号を入力し、補正後の差分信号を得る。
【００７３】
例えば、画像処理部３００は、撮像素子２００が出力したＬｉｎＬｏｇ信号からＷＲ信号を減算して差分信号を得るが、その差分信号の値がＯｕｔ＿ｘであったとする。すると、画像処理部３００は、ＬＵＴにＯｕｔ＿ｘを入力し、Ｏｕｔ＿ｘに対応する補正後の差分信号であるＩｐ＿ｘ´を得る。
【００７４】
以上、説明したように、転送時間Ｔｘ＿ｎを転送時間Ｔｘ＿ｗより長くして取得したＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号から、画像処理部３００が差分信号を算出し、ＬＵＴを参照してグラフＧ３上に乗るように補正することで、光電流Ｉｐに対して全範囲が対数特性を示すデータに変換されると同時に画素ばらつきのない信号を得ることができる。特に高輝度側において画素ばらつきの補正を可能にすることができる。
【００７５】
〔第２の実施の形態〕
第１実施の形態では、ＣＤＳ期間中に蓄積される電荷量をＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号とで異ならせるために、転送時間Ｔｘ＿ｎを転送時間Ｔｘ＿ｗより長くする設定することとした。その他の方法として、ＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ信号とでｒｅｆ信号の測定時間を異ならせてもよい。
【００７６】
図１１は、画素アレイ部２２０のタイミングチャートである。図１１に示すように、時刻ｔ１においてφＴＸ＝Ｌｏｗとなっている期間であるＬｉｎＬｏｇ信号のｒｅｆ信号測定時間Ｔｒｅｆ＿ｓを、時刻ｔ６においてφＴｘ＝Ｌｏｗとなっている期間であるＷＲ信号のｒｅｆ信号測定時間Ｔｒｅｆ＿ｗより長く設定する。
【００７７】
また、ＬｉｎＬｏｇ信号のｒｅｆ測定時間Ｔｒｅｆ＿ｓと転送時間Ｔｘ＿ｎとを合わせた時間（Ｔｓ）を、ＷＲ信号のｒｅｆ信号測定時間Ｔｒｅｆ＿ｗと転送時間Ｔｘ＿ｗとを合わせた時間（Ｔｗ）より長く設定するようにしてもよい。以上のように各時間を設定することで、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００７８】
〔第３の実施の形態〕
第１の実施の形態では、変曲点のばらつきを補正したが、その他のＬｉｎＬｏｇ特性のばらつきとして、対数特性領域の傾きばらつきがある。図１２は、対数特性領域の傾きばらつきを示したＬｉｎＬｏｇ特性のグラフであり、縦軸はＬｉｎＬｏｇ特性の出力値を示し、横軸は画素アレイ部２２０の撮像面の輝度に応じた光電流Ｉｐを対数スケールで示している。
【００７９】
図１２に示すように、ＬｉｎＬｏｇ特性の対数特性領域の傾きは、高輝度側から変曲点に向かうにつれて出力値のばらつきが増大するように、ばらついていることが分かる。
【００８０】
第３の実施の形態では、撮像時において、リーク時間の異なる２種類のＷＲ信号を取得し、これらを用いて対数特性領域の傾きばらつきを補正することを特徴とする。
【００８１】
図１３は、対象画素のＬｉｎＬｏｇ信号をＷＲ信号の光電変換特性を示すグラフである。ＷＲ信号は、リーク時間の長さによって出力値が変わる特性を持っており、リーク時間が短い場合は出力値が大きく、リーク時間が長い場合は出力値が小さい。リーク時間の短いＷＲ１信号とリーク時間の長いＷＲ２信号とを取得した場合、ＷＲ１信号は高輝度で大きい光電流Ｉｐが流れた場合を再現し、ＷＲ２信号は低輝度で小さい光電流Ｉｐが流れた場合を再現している。このリーク時間と光電流Ｉｐとの関係は予め測定しておくことが可能である。
【００８２】
次に、撮像時における画像処理部３００による補正処理について説明する。図１４は、ＬＵＴメモリ部３０１が記憶するＬＵＴと、補正後のＬＵＴ＿Ｃを示したグラフである。まず、画像処理部３００は、第１の実施の形態と同様にして対象画素からＷＲ１信号（第２出力信号）及びＷＲ２信号（第４出力信号）を取得する。
【００８３】
次に、画像処理部３００は、下記の式を用いて、取得したＷＲ１信号及びＷＲ２信号から、対数特性領域における対象画素のＬｉｎＬｏｇ特性の傾きである対象画素傾きＬｓを算出する。以下の式を用いて対象画素のＬｉｎＬｏｇ特性の傾きＬｓが導き出されることは、図１４に示す対数特性領域のグラフからも明らかである。
【００８４】
Ｌｓ＝（ＷＲ１−ＷＲ２）／（Ｉｐ１−Ｉｐ２）
また、画像処理部３００は、標準的な画素特性の対数特性領域の傾きＬｓ＿ＮをＬＵＴメモリ部３０１が記憶するＬＵＴから予め算出しておく。次に、画像処理部３００は、ＬｓとＬｓ＿Ｎを用いて、ＬＵＴを以下の式に従い補正し、ＬＵＴ＿Ｃを作成する。
【００８５】
ＬＵＴ＿Ｃ（Ｉｐ）＝ＬＵＴ（ＩＰ）−（Ｌｓ×Ｌｓ＿Ｎ）×（Ｉｐ１−Ｉｐ）
これにより、ＬＵＴの対数領域の傾きが、対象画素のＬｉｎＬｏｇ特性の傾きに一致するように補正され、補正後のＬＵＴとしてＬＵＴ＿Ｃを得ることができる。また、画像処理部３００は、補正範囲を示すＯｂの値も以下の式に従い同時に補正する。
【００８６】
Ｏｂ＿Ｃ＝Ｏｂ＋（Ｌｓ−Ｌｓ＿Ｎ）×（Ｉｐ１−ＩｐＫＰ）
ここで、ＩｐＫＰは、図１４に示すグラフにおける変曲点のｘ軸の値である。これにより、差分信号がＯｂ＿Ｃより大きい場合に、第１の実施の形態と同様に、補正後のＬＵＴ＿Ｃを用いて差分信号を補正することができる。そして、第１及び第２の実施の形態と本実施の形態を組み合わせることで、変曲点のばらつきと、対数特性領域の傾きのばらつきとを補正することができる。
【００８７】
〔第４の実施の形態〕
第３の実施の形態では、リーク時間の異なる２種類のＷＲ１信号及びＷＲ２信号を取得し、これらを用いて対数特性領域の傾きばらつきを補正する方法について説明した。この他、転送時間やｒｅｆ信号測定時間の異なる２つのＷＲ信号を用いることで、高輝度側における画素ばらつき補正及び傾き補正が可能となる。
【００８８】
図１５は、ＷＲ１信号（第２出力信号）とＷＲ２信号（第３出力信号）の光電変換特性を示すグラフである。ＷＲ信号とＷＲ２信号とでは、転送時間が異なる。転送時間を異ならせることで、ＣＤＳ期間で入射光がＰＤに当たったことによって発生する光電荷の量が、ＷＲ１信号とＷＲ２信号とで異なってくる。つまり、高輝度側（光電流ＩｐがＢ以上）において、ＷＲ１信号とＷＲ２信号の傾きが異なってくる。
【００８９】
次に、変曲点ばらつきと対数特性領域の傾きばらつきの補正手順について説明する。まず、ＬｉｎＬｏｇ信号とＣＤＳ期間の同じＷＲ１信号と、ＬｉｎＬｏｇ信号及びＷＲ１信号とＣＤＳ期間の異なるＷＲ２信号を取得する。ＬｉｎＬｏｇ信号とＷＲ１信号の差分信号の特性は、図７と同じグラフとなる。図７に示す特性の対数特性領域における傾き補正はできるが、光電流ＩｐがＤ以上において値がゼロとなるため、高輝度側の出力情報が得られない。
【００９０】
そこで、画像処理部３００は、ＷＲ１信号とＷＲ２信号の差分信号を取得する。図１６は、ＷＲ１信号とＷＲ２信号の差分信号の特性を示したグラフである。図１６に示す特性からは傾きの情報は得られないが、光電流ＩｐがＦ以上の高輝度側の出力情報は取得できる。
【００９１】
つまり、画像処理部３００は、ＬｉｎＬｏｇ信号からＷＲ１信号を差し引くことで、ＬｉｎＬｏｇ信号から変曲点ばらつきが除去された差分信号を取得し、更にＷＲ２信号を用いることで対数特性領域の傾き補正を行う。しかし、この差分信号からは高輝度側の情報は得られないので、高輝度側についてはＷＲ１信号とＷＲ２信号の差分信号の高輝度側の情報を用いる。こうすることで、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１００  撮像素子制御部
２００  撮像素子
２１０  ローデコーダ
２２０  画素アレイ部
２３０  タイミング制御部
２４０  カラムＡＤＣアレイ
２４１  ＡＤＣ
２５０  カラムデコーダ
２６０  ランプ波形発生回路
２８０  出力回路
３００  画像処理部
３０１  ＬＵＴメモリ部
【図１】
2013183347.tif 000003
【図２】
2013183347.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013183347.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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